Кривошипно-шатунный механизм с прямоугольным поршнем

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам, ДВС, компрессорам, насосам, а также к станкам-качалкам (СК) с применением кривошипно-шатунного механизма (КШМ). КШМ содержит прямоугольные поршни с упругими элементами, расположенными с внутренней стороны прямоугольных секций компрессионных и маслосъемных уплотнений, наконечники которых совмещены с зазором в продольном направлении. Расширяются возможности поршневой машины и СК за счет повышения плотности компоновки. Прямоугольная форма поршней и направляющих исключает большие зазоры между цилиндрами КШМ традиционной компоновки. 7 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к машиностроению, в частности к поршневым машинам: ДВС (двигатели внутреннего сгорания), компрессоры, насосы, в том числе многоцилиндровые; а также СК (станки-качалки) с применением КШМ (кривошипно-шатунный механизм).

Известно устройство - ДВС, основу которого представляет собой КШМ, преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала (1. Орлин А.С. и др. Двигатели внутреннего сгорания: Конструкция и расчет поршневых и комбинированных двигателей. - М.: Машиностроение, 1972. - 464 с.).

КШМ находит применение как база некоторых СК (2. Патент на изобретение RU №2450161. Бюл. №13 от 10.05.2012. Авторы: В.И. Некрасов, В.В. Новоселов).

Наиболее близким устройством «по названию» является двигатель внутреннего сгорания «лударио-2» (3. Патент РФ №2161259, МПК F02B 53/14). Этот ДВС содержит блок цилиндра и прямоугольные головки, установленные вдоль в цилиндре. Прямоугольные поршни установлены вдоль вала. Каждый прямоугольный поршень при одной головке содержит два днища, расположенных с противоположных сторон. При одинаковом признаке «прямоугольный поршень» этот ДВС относится к другому классу поршневых машин - он роторный.

За прототип надо принять КШМ обычного ДВС.

Известно, что КШМ состоит из коленчатого вала, а также шатунов, установленных на шатунных шейках. На шатунах расположены поршни с поршневыми пальцами, а в некоторых случаях (например, буровые насосы) применяют крейцкопфы (ползуны в направляющих), исключающие передачу высоких боковых нагрузок на поршни и цилиндры.

Однако КШМ имеет существенные недостатки: значительные боковые нагрузки, снижающие КПД поршневой машины, недостаточная плотность компоновки из-за цилиндрической формы направляющих поршней, что ограничивает компоновочные и эксплуатационные возможности.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в расширении компоновочных и эксплуатационных возможностей поршневой машины и СК.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что кривошипно-шатунный механизм содержит коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы, поршни, при этом направляющие поршней и поршни прямоугольные, в канавках поршней с внутренней стороны прямоугольных секций компрессионных и маслосъемных уплотнений расположены упругие элементы, наконечники поршневых уплотнений совмещены с зазором в продольном направлении.

Предлагаемое техническое решение расширяет возможности поршневой машины и СК за счет повышения плотности компоновки. Прямоугольная форма поршней и направляющих исключает большие зазоры между цилиндрами КШМ традиционной компоновки. Увеличенная боковая поверхность поршней создает более благоприятные условия работы пар трения «поршень-направляющая» за счет снижения удельных нагрузок. Возможно создание ДВС с параллельным расположением прямоугольных поршней и их направляющих, которые скомпонованы длинными сторонами рядом друг с другом.

На фиг. 1 показан продольный разрез прямоугольного поршня в его направляющих. Хорошо видны поршневой палец и секции поршневых уплотнений с наконечниками, обеспечивающими продольные перемещения.

На фиг. 2 приведен поперечный разрез прямоугольного поршня в его направляющих. Хорошо видны прямоугольные секции поршневых уплотнений с наконечниками, обеспечивающими продольные перемещения, а также упругие элементы, установленные в канавках поршневых уплотнений, прижимающие секции поршневых уплотнений к внутренней поверхности прямоугольных направляющих.

На фиг. 3 представлен упрощенный поперечный разрез поршневой машины в состоянии, когда прямоугольный поршень находится в крайнем верхнем положении: в ВМТ (верхней мертвой точке) - поршень на максимальном расстоянии от оси коленчатого вала. НМТ (нижняя мертвая точка) - поршень на минимальном расстоянии от оси коленчатого вала. Не показаны элементы ГРМ (газораспределительного механизма): клапаны, направляющие клапанов, пружины; система смазки и т.д.

Обозначения: Ок - ось вращения коленчатого вала (ось коренных шеек), Ош - ось шатунной шейки. Пунктирной линией обозначен путь перемещения шатунной шейки при вращении коленчатого вала. Цифрами 1-4 показаны положения шатунной шейки в крайних состояниях.

На фиг. 4 приведен фрагмент продольного разреза поршневой машины. В нижней части показан полноопорный коленчатый вал с тремя коренными и двумя шатунными шейками с шатунами и прямоугольными поршнями с поршневыми пальцами.

На фиг. 5 показан поперечный разрез поршневой машины с параллельным расположением направляющих и прямоугольных поршней. Нижние головки шатунов смещены относительно продольных осей шатунов. Пунктирными линиями слева изображено положение шатуна при прохождении нижней кромки направляющей. В нижней части фиг. 5 видны разрез шатунной шейки (каналы не показаны) и на заднем плане коренная шейка коленчатого вала.

На фиг. 6 представлен вид сверху на направляющие поршней, соответствующие фиг. 5. На одной шатунной шейке расположены рядом две нижние головки шатунов.

На фиг. 7 показан вид сверху на направляющие поршней, но с прицепными шатунами, аналогично 1) рис. 91, 92, 93, 110 на стр. 185, 186, 189 и 210.

В корпусе 1 поршневой машины (фиг. 3, 4 и 5) зафиксированы мокрые гильзы прямоугольных направляющих 2 (уплотнения системы охлаждения не показаны). Возможно применение моноблока - прямоугольные направляющие 2 изготовлены вместе с корпусом 1. Внутри прямоугольных направляющих 2 установлены прямоугольные поршни 3 (фиг. 1-5), которые поршневыми пальцами 4 соединяют поршни 3 с верхними головками шатунов 5. Нижние головки шатунов 5 с шатунными крышками 6 подвижно расположены на шатунных шейках 7 коленчатого вала 8. Опоры вращения шатунов и шатунных шеек образованы шатунными вкладышами 9. Коренные шейки 10 коленчатого вала 8 подвижно установлены в опорах вращения, образованных коренными вкладышами 11, расположенных между корпусом 1 и коренными крышками 12. Между направляющими 2 и поршнями 3 в пазах прямоугольных поршней 3 установлены прямоугольные секции 13 уплотнений, а также прямоугольные секции маслосъемных звеньев уплотнений 14. Наконечники секций 13 и 14 выполнены в виде ступеньки и накладываются друг на друга (фиг. 1), эти наконечники могут иметь гофры, образующие газовые замки. В пазах поршней 3 под прямоугольными секциями компрессионных уплотнений 13 и прямоугольными секциями маслосъемных звеньев 14 установлены упругие элементы 15. Рабочий объем и объем камеры сгорания, расположенные между направляющими 2 и поршнями 3, закрыты сверху крышкой 16, прикрепленной к корпусу 1. Прокладка крышки 16 и шпильки крепления не показаны.

Предлагаемое устройство работает следующим образом (Фиг. 3-5). При такте впуска 4-тактного ДВС коленчатый вал 8 шатунной шейкой 7, шатуном 5 перемещает прямоугольный поршень 3 в направляющих 2 вниз от ВМТ к НМТ. Объем над поршнем 3 через впускной клапан (не показан) заполняется горючей смесью или воздухом (дизель или бензиновый ДВС с непосредственным впрыском). В зоне НМТ впускной и выпускной клапаны закрыты, поршень 3 перемещается от НМТ к ВМТ, производя сжатие рабочей смеси или воздуха. На подходе поршня 3 к ВМТ происходит воспламенение рабочей смеси или впрыск мелкораспыленного топлива в сжатый горячий воздух. Рабочий ход осуществляется при воздействии высокого давления сгорающей рабочей смеси и перемещении поршня 3 от ВМТ к НМТ. Усилие от поршня 3 поршневым пальцем 4, шатуном 5 передается на шатунную шейку 7 коленчатого вала 8, на кривошипе радиусом от шатунной шейки 7 до коренной шейки 10 создается крутящий момент, который коленчатым валом 8 передается на маховик и далее на трансмиссию. При такте выпуска поршень 3 перемещается от НМТ к ВМТ и вытесняет отработавшие газы через открытый выпускной клапан. Герметизация объемов над поршнем 3 осуществляется прямоугольными секциями компрессионных уплотнений 13, которые упругими элементами 15 прижимаются к внутренней поверхности направляющих 2. Разделение объемов над поршнем 3 от масляной ванны корпуса 1 обеспечивается прямоугольными секциями маслосъемных звеньев уплотнений 14, которые упругими элементами 15 прижимаются к внутренней поверхности направляющих 2. Температурные деформации компенсируются пазами наконечников прямоугольных секций компрессионных уплотнений 13 и прямоугольных секций маслосъемных звеньев уплотнений 14 (Фиг. 1, 2).

Обозначения:

1 - корпус поршневой машины;

2 - мокрая гильза направляющей прямоугольного поршня;

3 - прямоугольный поршень;

4 - поршневой палец;

5 - шатун;

6 - крышка нижней головки шатуна 5;

7 - шатунная шейка;

8 - коленчатый вал;

9 - шатунные вкладыши;

10 - коренная шейка;

11 - коренные вкладыши;

12 - коренная крышка опоры вращения шейки 10;

13 - прямоугольные секции компрессионных уплотнений;

14 - прямоугольными секциями маслосъемных звеньев уплотнений;

15 - упругие элементы прямоугольных секций 12 и 13;

16 - крышка корпуса 1.

Кривошипно-шатунный механизм, содержащий коленчатый вал, шатуны, поршневые пальцы, поршни, отличающийся тем, что направляющие поршней и поршни прямоугольные, в канавках поршней с внутренней стороны прямоугольных секций компрессионных и маслосъемных уплотнений расположены упругие элементы, наконечники поршневых уплотнений совмещены с зазором в продольном направлении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механизмам преобразования вращательного движения в поступательное или колебательное. Кривошипно-шатунный механизм состоит из кривошипа (1), шарнирно соединенного с ведомым звеном (2), которое может быть ползуном или коромыслом, шатунов (3) и (4) и коромысла-шатуна (5).

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к кривошипно-ползунным механизмам. Симметричный кривошипно-ползунный механизм содержит основание, направляющую с ползуном, два кривошипа, два рычага и пять пар шатунов.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к кривошипно-ползунным механизмам. Кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержит основание, ползун, кривошип и шесть шатунов.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к кривошипно-ползунным механизмам. Кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержит основание, ползун, кривошип и шесть шатунов.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к кривошипно-ползунным механизмам. Кривошипно-ползунный механизм со звеном, движущимся прямолинейно-поступательно, содержит основание, ползун, кривошип, две пары рычагов и восемь шатунов.

Изобретение относится к подъемно-транспортным устройствам для перемещения подвешенных грузов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Механизм для прямолинейного перемещения подвешенного груза содержит основание, преобразующее устройство и подвесное устройство шарнирного присоединения переносимого груза.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к раскладываемым аэродинамическим поверхностям летательных аппаратов. Раскладываемая аэродинамическая поверхность содержит соединенные корневую и раскладываемую части.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механическим передачам, преобразующим вращательное движение в поступательное. В многозвенной рычажной системе синхронно с равномерным вращением ведущего колеса (3) ускоренно-замедленно вращаются ведомые колеса (20) и (21).

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к пространственным механизмам с четырехподвижным приводом. Пространственный механизм с четырехподвижным приводом состоит из ведущего звена, соединенного со стойкой через сферический поршень, помещенный в гидро- или в пневмоцилиндр.

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к кривошипно-ползунным механизмам. Самоустанавливающийся шатун содержит верхнюю и нижнюю головки, соединяющий стержень.

Изобретение относится к двигателям, в частности к аксиально-поршневым двигателям с наклонным диском, и предназначено для получения механической работы за счет преобразования энергии, выделяемой при сгорании топлива.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к механизмам преобразования движения с остановкой поршня в мертвой точке. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя.

Изобретение относится к кривошипно-шатунному механизму с поршнем с двумя шатунами для двигателя внутреннего сгорания. Отверстие (35a) на стороне одного конца маслопроводного канала бобышки для пальца (35) открывается к внутренней периферийной поверхности части (14) бобышки для пальца верхнего шатуна (3), в то время как отверстие (35b) на его стороне другого конца открывается к внешней периферийной поверхности части (14) бобышки для пальца верхнего шатуна (3).

Поршневая машина, преимущественно двигатель, снабженная прямилами Уатта, содержит размещенные в корпусе, в паре находящиеся в одной оси, как минимум пару цилиндров, в которые помещены движущиеся возвратно-поступательно поршни, связанные штоками.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности к бесшатунным поршневым двигателям. Бесшатунный поршневой двигатель, включающий корпус с расположенными рядно и/или оппозитно цилиндрами, поршни со штоками и механизм преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное, выполненный в виде маховика, смонтированного на кривошипе, кулисы, соединенной посредством кулисного камня с кривошипом, штоками поршней, связанных с кулисами, при этом двигатель снабжен дополнительной группой поршней с кривошипом, связанной с первой группой поршней при помощи зубчатого зацепления, смонтированного на кривошипах, при этом кривошипы механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное смонтированы симметрично, контакт шеек кривошипов групп поршней при помощи кулисных камней с кулисами выполненна одинаковом расстоянии от ползунов.

Изобретение относится к двигателестроению, к двигателям без коленчатых валов. В двигателе вместо коленчатого вала применена шестерня, по разные стороны которой зеркально относительно центра укреплены два пальца, каждый из которых шарнирно сочленен с своей группой шатунов многоцилиндрового двигателя, а шестерня расположена между двумя параллельными дорожками в картере и с опорой на них имеет свободу вращения вокруг своей оси под действием сил давления газов, передаваемых посредством шатунов на пальцы шестерни, которая сцеплена с промежуточной шестерней, укрепленной на выходном валу.

Изобретение относится к поршневым двигателям внутреннего сгорания. Четырехцилиндровый оппозитный двигатель с переменным ходом поршней, в котором поршни используют при тактах впуска и выпуска весь объем цилиндра, включая камеру сгорания.

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в кривошипно-шатунных механизмах ДВС. Кривошипно-шатунный механизм со смещенной шатунной шейкой, содержащий рабочий цилиндр, шарнирно связанные между собой поршень с поршневым пальцем, шатун и кривошип коленчатого вала, в котором ось кривошипной головки жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°.

Изобретение относится к узлам для преобразования прямолинейного движения во вращательное движение и наоборот. Узел содержит коленчатый вал, поршень, вильчатую конструкцию, рычажное средство.

Предложен кривошипный механизм с круглым ползуном, содержащий многорядную деталь возвратно-поступательного движения и однорядную деталь возвратно-поступательного движения, многорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, при этом однорядная деталь возвратно-поступательного движения имеет направляющую деталь, которая может быть вставлена в продольную канавку многорядной детали возвратно-поступательного движения вдоль направления толщины, с тем, чтобы пересекать вертикально многорядную деталь возвратно-поступательного движения, направляющая деталь снабжена отверстием, принимающим средний круглый ползун, первый круглый ползун и второй круглый ползун смонтированы в одинаковой фазе, средний круглый ползун расположен между первым круглым ползуном и вторым круглым ползуном с фазовой разницей, составляющей 180 градусов, по сравнению с двумя круглыми ползунами, причем соседние круглые ползуны прикреплены друг к другу.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания содержит цилиндры (1) и (11) со съемными головками, поршни (2) и (10) с поршневыми кольцами, газораспределительный механизм, систему охлаждения, систему смазки, систему питания и систему зажигания.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам, ДВС, компрессорам, насосам, а также к станкам-качалкам с применением кривошипно-шатунного механизма. КШМ содержит прямоугольные поршни с упругими элементами, расположенными с внутренней стороны прямоугольных секций компрессионных и маслосъемных уплотнений, наконечники которых совмещены с зазором в продольном направлении. Расширяются возможности поршневой машины и СК за счет повышения плотности компоновки. Прямоугольная форма поршней и направляющих исключает большие зазоры между цилиндрами КШМ традиционной компоновки. 7 ил.

Наверх